دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

 آمار

تعداد نشریات13
تعداد شماره‌ها642
تعداد مقالات6,700
تعداد مشاهده مقاله9,213,839
تعداد دریافت فایل اصل مقاله8,640,938
طاهری تیزرو, عبدالله, خدامرادپور, مهرانه, مشهدیان, محمد جواد. (1396). ارزیابی شبیه‌سازی مؤلفه‌های بیلان آب سطحی توسط مدل اقلیمی منطقه‌ای RegCM4 (مطالعه موردی: حوضه‌ی تویسرکان، استان همدان). , 24(5), 1-24. doi: 10.22069/jwsc.2017.11686.2616
عبدالله طاهری تیزرو; مهرانه خدامرادپور; محمد جواد مشهدیان. "ارزیابی شبیه‌سازی مؤلفه‌های بیلان آب سطحی توسط مدل اقلیمی منطقه‌ای RegCM4 (مطالعه موردی: حوضه‌ی تویسرکان، استان همدان)". , 24, 5, 1396, 1-24. doi: 10.22069/jwsc.2017.11686.2616
طاهری تیزرو, عبدالله, خدامرادپور, مهرانه, مشهدیان, محمد جواد. (1396). 'ارزیابی شبیه‌سازی مؤلفه‌های بیلان آب سطحی توسط مدل اقلیمی منطقه‌ای RegCM4 (مطالعه موردی: حوضه‌ی تویسرکان، استان همدان)', , 24(5), pp. 1-24. doi: 10.22069/jwsc.2017.11686.2616
طاهری تیزرو, عبدالله, خدامرادپور, مهرانه, مشهدیان, محمد جواد. ارزیابی شبیه‌سازی مؤلفه‌های بیلان آب سطحی توسط مدل اقلیمی منطقه‌ای RegCM4 (مطالعه موردی: حوضه‌ی تویسرکان، استان همدان). , 1396; 24(5): 1-24. doi: 10.22069/jwsc.2017.11686.2616

ارزیابی شبیه‌سازی مؤلفه‌های بیلان آب سطحی توسط مدل اقلیمی منطقه‌ای RegCM4 (مطالعه موردی: حوضه‌ی تویسرکان، استان همدان)

مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک
مقاله 1، دوره 24، شماره 5، آذر 1396، صفحه 1-24    اصل مقاله (1.03 M)
نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/jwsc.2017.11686.2616
نویسندگان
عبدالله طاهری تیزرو* 1؛ مهرانه خدامرادپور2؛ محمد جواد مشهدیان3
1گروه مهندسی اب أانشکده کشاورزی أانشگاه بوعلی سینا
2گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا
3دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی منابع آب، دانشگاه بوعلی سینا
چکیده
سابقه و هدف: مدل سازی اقلیم منطقه‌ای برای ریزمقیاس نمایی به داده‎های شرایط مرزی از یک مدل گردش کلی نیازمند است. مدل سازی اقلیمی منطقه‌ای نیز در واقع یک روش زیر مقیاس نمایی دینامیکی است. هدف از این پژوهش بررسی عملکرد طرحواره‌ی سطح CLM4.5 جفت شده در مدل اقلیمی منطقه‌ای RegCM4 در برآورد مؤلفه‌های بودجه‌ی انرژی و آبی با استفاده از سناریوی جدید RCP (RCP4.5) در محدوده‌ی دشت تویسرکان است. بدین منظور مدل اقلیمی منطقه‌ای RegCM4 جفت ‌شده با طرحواره‌ی سطح CLM4.5 با استفاده از خروجی‌های مدل گردش کلی HadGEM2 در محدوده‌ی دشت تویسرکان برای دو دوره‌ی پایه (1999-2005) و چشم انداز (2015-2025) اجرا می‌شود. سپس عملکرد مدل در دوره‌ی پایه ارزیابی شده و مؤلفه‌های بیلان آب و توازن آب سطحی در دوره‌ی چشم انداز، با توجه به اهمیت منابع آب در منطقه‌ی مورد مطالعه، بررسی می‌شوند.
مواد و روش‌ها: در دوره‌ی پایه بارندگی، دما و رواناب شبیه‌سازی شده توسط مدل با مقادیر اندازه‌گیری شده در ایستگاه‌های موجود در منطقه در مقیاس زمانی روزانه مقایسه شدند. هم‌چنین عملکرد مدل توسط شاخص‌های ضریب ‌کارایی ‌مدل، ضریب‌ همبستگی، اریبی، میانگین ‌قدر مطلق ‌خطا و مجذور میانگین‌ مربعات ‌خطا بررسی شد. بارندگی شبیه سازی شده با مشاهدات 6 ایستگاه موجود در منطقه مقایسه شد، همچنین دمای اندازه گیری شده در ایستگاه سینوپتیک همدان- فرودگاه به منظور ارزیابی دما مورد استفاده قرار گرفت. برای صحت سنجی رواناب نیز تنها ایستگاه آب‌سنجی موجود در خروجی حوضه مورد بررسی قرار گرفت. پیش‌بینی‌ها با استفاده از سناریوی RCP4.5 از گزارش پنجم هیأت بین الدول تغییر اقلیم انجام گرفتند. در دوره‌ی چشم انداز تغییرات زمانی و مکانی مؤلفه‌های بیلان آب سطحی شامل بارندگی، تبخیر-تعرق و رواناب بررسی شدند و سپس معادله‌ی توازن آب سطحی در حوضه مورد ارزیابی قرار گرفت.
یافته‌ها: نتایج ارزیابی عملکرد مدل در دوره‌ی پایه نشان می‌دهد که مدل دارای بهترین عملکرد در برآورد بارندگی (برای 5 ایستگاه نخست) و دما به دلیل ضرایب کارایی مناسب و خطاهای کوچک است. در رابطه با رواناب، ضریب کارایی مثبت اما به نسبت کوچک است، ضریب همبستگی نیز دارای مقدار قابل قبولی است که نشان از عملکرد نسبتاً مناسب مدل در برآورد رواناب دارد. در نخستین سال دوره‌ی چشم انداز (2015) بیشترین مقادیر بارندگی در بخش‌های شرقی و مرکزی (نواحی مرتفع) و کمترین مقادیر در جنوب غرب دشت اتفاق می‌افتد. پیش‌بینی بارندگی در 10 سال آینده (2016- 2025) نشان از کاهش بارندگی در بیشتر بخش‌ها، به جز بخش کوچکی در شرق و جنوب، دارد که بیشترین مقادیر کاهش (حدود 12%)، در شمال شرق و مرکز دشت است. از آنجا که بارندگی تعیین کننده‌ی میزان رطوبت در دسترس است بالتبع توزیع مکانی و تغییرات تبخیر-تعرق، مشابه بارندگی است. بیشترین مقادیر رواناب در شرق و شمال شرق (بخش مرتفع) دشت اتفاق افتاده و در دوره‌ی 10 ساله‌ی 2016-2025 یک افزایش 30 تا 50 درصدی در بخش شرقی و یک کاهش 10 تا 20 درصدی در بخش مرکزی اتفاق خواهد افتاد. ارزیابی بیلان آب سالانه نشان می‌دهد که در 7 سال توازن آبی برقرار بوده اما در 3 سال باقی‌مانده (2017، 2023 و 2024) اختلاف‌ها میان طرفین معادله‌ی بیلان آب محسوس هستند.
نتیجه گیری: با توجه به مساحت کوچک حوضه و دوره‌ی زمانی کوتاه چشم انداز که در آن آثار تغییر اقلیم قابل تشخیص نیست حصول مقدار متوسط 3/1 میلی‌متر اختلاف در معادله‌ی بیلان برای این دوره‌ی 10 ساله می‌تواند حاکی از عملکرد مطلوب مدل در برقراری توازن آبی حوضه باشد. به ‌طور کلی می‌توان نتیجه گرفت علی‌رغم بهبود توازن آب، عملکرد طرحواره‌ی سطح هنوز در پارامتره‌سازی بودجه‌ی آبی، به‌ ویژه رواناب مطلوب نیست، در حالی‌که در برآورد بودجه‌ی انرژی، با توجه به برآورد خوب در شبیه‌سازی میانگین دما، عملکرد مناسبی دارد.
کلیدواژه‌ها
اعتبار سنجی مدل‌های اقلیمی؛ مدل اقلیمی منطقه‌ای RegCM4؛ شاخص‌های ارزیابی مدل؛ توازن آبی؛ طرحواره سطح CLM4.5
مراجع
1.Akhavan, S., Ghabaei Sough, M., and Mosaedi, A. 2015. Investigation of the effect of
climate change on net irrigation requirement of main crops of Hamadan-Bahar plain using
LARS-WG downscaling model. J. Water Soil Cons. 22: 4. 25-46. (In Persian)
2.Anthes, R.A., Hsie, E.Y., and Kuo, Y.H. 1987. Description of the Penn State/NCAR
Mesoscale Model Version 4 (MM4). National Center for Atmospheric Research technical
note TN-282 + STR. Boulder-Colorado.
3.Ashofteh, P.S., and Bozorg Haddad, O. 2015. A new approach for performance evaluation of
AOGCM models in simulating runoff. J. Water Soil Cons. 22: 2. 95-110. (In Persian)
4.Bazrafshan, J., Hejabi, S., and Hashemi Nasab, A. 2015. Future Climate Change Impact on
Drought Classes Transition Probabilities in Extreme Climates of Iran (Case study: Bandar
Anzali and Bushehr Stations). J. Water Soil Cons. 22: 1. 131-150. (In Persian)
5.Beven, K.J., and Kirkby, M.J. 1979. A physically based, variable contributing area
model of basin hydrology / Un modèle à base physique de zone d'appel variable
de l'hydrologie du bassin versant. Hydrological Sciences Bulletin. 24: 1. 43-69.
doi: 10.1080/02626667909491834.
6.Collins, W.J., Bellouin, N., Doutriaux-Boucher, M., Gedney, N., Halloran, P., Hinton, T.,
Hinton, T., Hughes, J., Jones, C.D., Joshi, M., Liddicoat, S., Martin, G., O'Connor, F., Rae,
J., Senior, C., Sitch, S., Totterdell, I., Wiltshire, A., and Woodward, S. 2011. Development
and evaluation of an Earth-System model – HadGEM2. Geoscientific Model Development.
4: 4. 1051-1075. doi: 10.5194/gmd-4-1051-2011.
7.Cox, P.M., Betts, R.A., Bunton, C.B., Essery, R.L.H., Rowntree, P.R., and Smith, J. 1999. The
impact of new land surface physics on the GCM simulation of climate and climate
sensitivity. Climate Dynamics. 15: 3. 183-203.
8.Dehghan, Z., Kouchakzadeh, M., and Alikhasi, M. 2014. Vulnerability of irrigation networks
under climate change with optimum cultivation in limited water resources and
implementation strategies. J. Water Soil Cons. 21: 1. 23-43. (In Persian)
9.Dickinson, R.E., Henderson-Sellers, A., and Kennedy, P.J. 1993. Biosphere-Atmosphere
Transfer Scheme (BATS) Version 1e as Coupled to the NCAR Community Climate Model.
National Center for Atmospheric Research Technical Note. Boulder-Colorado.
1- AMIP II, phase II of the Atmospheric Model Intercomparison Project
10.Diro, G.T., Rauscher, S.A., Giorgi, F., and Tompkins, A.M. 2012. Sensitivity of seasonal
climate and diurnal precipitation over Central America to land and sea surface schemes in
RegCM4. Climate Research, 31p.
11.Emanuel, K.A. 1991. A scheme for representing cumulus convection in large-scale models.
J. Atm. Sci. 48: 21. 2313-2335.
12.Fuentes-Franco, R., Coppola, E., Giorgi, F., Graef, F., and Pavia, E.G. 2014. Assessment of
RegCM4 simulated inter-annual variability and daily-scale statistics of temperature and
precipitation over Mexico. Climate Dynamics. 42: 3-4. 629-647.
13.Garratt, J.R. 1993. Sensitivity of climate simulations to land-surface and atmospheric
boundary-layer treatments-A review. J. Clim. 6: 3. 419-448.
14.Giorgi, F., Marinucci, M.R., Bates, G.T., and De Canio, G. 1993. Development of a SecondGeneration Regional Climate Model (RegCM2). Part II: Convective Processes and
Assimilation of Lateral Boundary Conditions. Monthly Weather Review. 121: 10. 2814-2832.
15.Giorgi, F., Bi, X., and Pal, J. 2004. Mean interannual variability and trends in a regional
climate change experiment over Europe. II: climate change scenarios (2071–2100). Climate
Dynamics. 23: 7-8. 839-58.
16.Giorgi, F., Coppola, E., Solmon, F., Mariotti, L., Sylla, M.B., Bi, X., Elguindi, N., Diro,
G.T., Nair, V., Giuliani, G., Turuncoglu, U.U., Cozzini, S., Güttler, I., O’Brien, T.A.,
Tawfik, A.B., Shalaby, A., Zakey, A.S., Steiner, A.L., Stordal, F., Sloan, L.C., and
Brankovic, C. 2012. RegCM4: model description and preliminary tests over multiple
CORDEX domains. Climate Research. 52: 7-29. doi: 10.3354/cr01018.
17.Grell, G.A. 1993. Prognostic evaluation of assumptions used by cumulus parameterizations.
Mon. Wea. Rev. 121: 764-787.
18.Grell, G.A., Dudhia, J., and Stauffer, D.R. 1994. Description of the fifth generation
Penn State/NCAR Mesoscale Model(MM5), National Center for Atmospheric Research.
Boulder-Colorado.
19.Halder, S., Dirmeyer, P.A., and Saha, S.K. 2015. Sensitivity of the mean and variability
of Indian summer monsoon to land surface schemes in RegCM4: Understanding coupled
land‐atmosphere feedbacks. J. Geophys. Res. Atm. 120: 18. 9437-9458.
20.Holtslag, A.A.M., de Bruijn, E.I.F., and Pan, H.L. 1990. A high resolution air mass
transformation model for short-range weather forecasting. Mon. Wea. Rev. 118: 1561-1575.
21.IPCC. 2013. Summary for Policymakers. In: Climate Change 2013: The Physical Science
Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the
Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press. Cambridge,
United Kingdom and New York, NY, USA.
22.Irannejad, P., and Henderson-Sellers, A. 2007. Evaluation of AMIP II Global Climate Model
Simulations of the Land Surface Water Budget and Its Components over the GEWEX-CEOP
Regions. J. Hydrometeorol. 8: 3. 304-326.
23.Kang, S., Im, E.S., and Ahn, J.B. 2014. The impact of two land‐surface schemes on
the characteristics of summer precipitation over East Asia from the RegCM4 simulations.
Inter. J. Climatol. 34: 15. 3986-3997.
24.Ke, Y., Leung, L.R., Huang, M., Coleman, A.M., Li, H., and Wigmosta, M.S. 2012.
Development of high resolution land surface parameters for the Community Land Model.
Geoscientific Model Development. 5: 6. 1341-1362.
25.Kiehl, J., Hack, J., Bonan, G., Boville, B., Breigleb, B., Williamson, D., and Rasch, P. 1996.
Description of the NCAR Community Climate Model (CCM3). National Center for
Atmospheric Research technote NCAR/TN-420 + STR. Boulder-Colorado.
26.Malmir, M., Mohamadrezapour, O., Sharifazari, S., and Ghandehari, Gh. 2016. The effect of
climate change on stream flow used Statistical downscaling of HADCM3 model and
Artificial Neural Networks. J. Water Soil Cons. 23: 3. 317-326. (In Persian)
27.Nash, J.E., and Sutcliffe, J.V. 1970. River flow forecasting through conceptual models
part I - A discussion of principles. J. Hydrol. 10: 3. 282-290.
28.Niu, G.Y., Yang, Z.L., Dickinson, R.E., and Gulden, L.E. 2005. A simple TOPMODELbased runoff parameterization (SIMTOP) for use in global climate models. J. Geophys. Res.
110: D21. doi: 10.1029/2005jd006111.
29.Office of Water Resources Research. 2009. Justificative report on extending the ban on
development of water resources in Toyserkan plain. Ministry of Energy, Iranian Water
Resources Management Company, Regional Water Company of Hamedan. (In Persian)
30.Oh, S.G., Park, J.H., Lee, S.H., and Suh, M.S. 2014. Assessment of the RegCM4 over East
Asia and future precipitation change adapted to the RCP scenarios. J. Geophys. Res. Atm.
119: 6. 2913-2927. doi: 10.1002/2013jd020693.
31.Oleson, K.W., Niu, G.Y., Yang, Z.L., Lawrence, D.M., Thornton, P.E., Lawrence, P.J.,
Stöckli, R., Dickinson, R.E., Bonan, G.B., Levis, S., Dai, A., and Qian, T. 2008.
Improvements to the Community Land Model and their impact on the hydrological cycle.
J. Geophys. Res. 113: G1. doi: 10.1029/2007jg000563.
32.Oleson, K.W., Lawrence, D.M., Bonan, G.B., Flanner, M.G., Kluzek, E., Lawrence, P.J.,
Levis, S., Swenson, S.C., and Thornton, P.E. 2010. Technical Description of version 4.0 of
the Community Land Model (CLM). National Center for Atmospheric Research Technical
Note. Boulder-Colorado.
33.Oleson, K.W., Lawrence, D.M., Bonan, G.B., Drewniak, B., Huang, M., Koven, C.D., Levis,
S., Li, F., Riley, W.J., Subin, Z.M., Swenson, S.C., and Thornton, P.E. 2013. Technical
Description of version 4.5 of the Community Land Model (CLM). National Center for
Atmospheric Research Technical Note. Boulder-Colorado.
34.Pal, J.S., Small, E.E., and Eltahir, E.A.B. 2000. Simulation of regional scale water and
energy budgets: representation of subgrid cloud and precipitation processes within RegCM.
J. Geophys. Res. 105: D24. 29579-29594. doi:10.1029/2000JD900415.
35.Swenson, S.C., and Lawrence, D.M. 2012. A new fractional snow-covered area
parameterization for the Community Land Model and its effect on the surface energy
balance. J. Geophys. Res. Atm. 117: D21. D21107. doi: 10.1029/2012JD018178.
36.Tiedtke, M. 1989. A comprehensive mass-flux scheme for cumulus parameterization in
large-scale models. Mon. Wea. Rev. 117: 1779-1800.
37.Tiwari, P.R., Kar, S.C., Mohanty, U.C., Dey, S., Sinha, P., Raju, P.V.S., and Shekhar, M.S.
2015. The role of land surface schemes in the regional climate model (RegCM) for seasonal
scale simulations over Western Himalaya. Atmósfera. 28: 2. 129-142.
38.Torma, C., Coppola, E., Giorgi, F., Bartholy, J., and Pongrácz, R. 2011. Validation of a
High-Resolution Version of the Regional Climate Model RegCM3 over the Carpathian
Basin. J. Hydrometeorol. 12: 1. 84-100. doi: 10.1175/2010jhm1234.1.
39.Roosmalen, L., Christensen, J.H., Butts, M.B., Jensen, K.H., and Refsgaard, J.C. 2010. An
intercomparison of regional climate model data for hydrological impact studies in Denmark.
J. Hydrol. 380: 3-4. 406-419. doi: 10.1016/j.jhydrol.2009.11.014.
40.Von Storch, H. 1995. Inconsistencies at the interface of climate impact studies and global
climate research. Meteorologische Zeitschrift. 4: 2. 72-80.
41.Wang, X., Yang, M., and Pang, G. 2015. Influences of Two Land-Surface Schemes
on RegCM4 Precipitation Simulations over the Tibetan Plateau. Advances in Meteorology.
1-12. doi: 10.1155/2015/106891.
42.Xue-Jie, G., Mei-Li, W., and Giorgi, F. 2013. Climate change over China in the 21st
century as simulated by BCC_CSM1. 1-RegCM4.0. Atmospheric and Oceanic Science
Letters. 6: 5. 381-6.
43.Xue, Y., Janjic, Z., Dudhia, J., Vasic, R., and De Sales, F. 2014. A review on
regional dynamical downscaling in intraseasonal to seasonal simulation/prediction and
major factors that affect downscaling ability. Atmospheric Research. 147-148. 68-85. doi:
10.1016/j.atmosres.2014.05.001.
44.Yu, Y., Xie, Z., and Zeng, X. 2014. Impacts of modified Richards equation on RegCM4
regional climate modeling over East Asia. J. Geophys. Res. Atm. 119: 22. 12642-12659.
45.Zahabioun, B. 2002. Climate change impacts on water resources. Ministry of Energy- Iranian
National Committee on Large Dams, No. 49. (In Persian)
46.Zorita, E., and Von Storch, H. 1999. The analog method as a simple statistical downscaling
technique: comparison with more complicated methods. J. Clim. 12: 8. 2474-2489.

آمار
تعداد مشاهده مقاله: 1,006
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 1,154


سامانه مدیریت نشریات علمی. طراحی و پیاده سازی از سیناوب